André Appel Daiane Brezolin Daniele Marin Guilherme Bremm Mayara Romani Mariane

1. Ministério da EducaçãoUniversidade Federal de Santa MariaCentro de Ciências da SaúdeBiofísica Molecular André AppelDaiane BrezolinDaniele MarinGuilherme BremmMayara RomaniMariane Ressonância Magnética Nuclear Santa Maria, junho de 2009.

2. Tópicos • Introdução • Princípios Físicos da RMN • O Exame de Ressonância Magnética Nuclear • Vantagens • Desvantagens • Aplicações • Referências

3. Introdução Ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica que permite determinar propriedades de uma substância através do correlacionamento da energia absorvida contra a freqüência, na faixa de megahertz (MHz) do espectro eletromagnético, caracterizando-se como sendo uma espectroscopia. Usa as transições entre níveis de energia rotacionais dos núcleos componentes das espécies (átomos ou íons) contidas na amostra. Isso dá-se necessariamente sob a influência de um campo magnético e sob a concomitante irradiação de ondas de rádio na faixa de freqüências acima citada.

4. Princípios Físicos da RMN Um núcleo atômico com diferentes números de prótons e nêutrons possui um momento angular em torno do seu centro de massa e conseqüentemente um momento magnético. Na ausência de um campo magnético os momentos magnéticos nucleares apontam em direções aleatórias do espaço, assim diz-se que a magnetização total M0 é nula. Quando os núcleos são submetidos a um campo externo B0 estes alinham-se paralelamente (baixa energia) ou anti-paralemente (alta energia) ao mesmo. Como os estados de mais baixa energia são mais prováveis, a magnetização total passa a ser paralela à B0. Outro efeito é a precessão dos momentos magnéticos nucleares em torno de B0, com uma freqüência proporcional à B0característica de cada núcleo, denominada freqüência de Larmor.

5. (B) Alinhamento dos prótons após serem colocados sob um campo magnético forte (B0), criando uma pequena magnetização de equilíbrio M0. Princípios Físicos da RMN (C) Representação da precessão dos prótons ao redor do eixo z do campo magnético B0. (A) Representação dos prótons no corpo de forma aleatória: os vetores se cancelam não havendo formação de momento magnético.

6. A aplicação de pulsos de radiofreqüência (RF) à amostra, faz com que os núcleos absorvam energia por ressonância e rompam o alinhamento com B0. Quando o pulso de freqüência é subitamente desligado, os núcleos voltam à sua posição normal, se realinham, e nessa circunstância eles emitem um sinal que é captado por uma bobina. E esse sinal é utilizado pelo computador que, através de complexos princípios matemáticos, o transforma em imagens. Princípios Físicos da RMN O campo externo aplicado ao núcleo atômico – B, na direção z da figura – é produzido por um aparelho chamado magneto supercondutor. Para estudos de proteínas, ele assume valores de 10 a 20 Tesla.

7. O Exame de RMN O hidrogênio 1H é o átomo mais simples, e o mais importante para a RMN. Além de sua abundância nos sistemas biológicos (humanos possuem cerca de 2/3 de átomos de 1H pelo corpo), o hidrogênio é altamente magnético, o que o torna extremamente sensível a RMN. Em um campo B0 de 1.5 T a freqüência de Larmor é de aproximadamente 63 MHz, isto é, o próton dá 63 milhões de voltas em torno do B0 por segundo. Exame de RMN.

8. O aparelho de RMN é um tubo largo que funciona como um ímã que cria o campo magnético. Normalmente, este campo magnético é orientado aleatoriamente, isto é, não apresenta uma orientação específica. Para efetuar o exame, o paciente deverá ser deitado numa marquesa móvel que o leve para dentro do tubo magnético. Este faz com que os prótons do corpo se orientem a favor ou contra a direção do campo magnético do aparelho. Então são enviados curtos pulsos de radiofreqüência para a área que se pretende examinar fazendo com que altere a orientação dos prótons assim o corpo emite sinais que são transformados em um computador, através de uma operação algorítmica, em imagens digitais. Em alguns exames de RMN deve ser administrado um contraste - um líquido que acentua as imagens dos seus órgãos e/ou vasos sanguíneos. Depois do exame este é eliminado do corpo pela da urina. Aparelho de RMN.

9. Esses pulsos de radiofreqüência são aplicados através de uma bobina que se adapta a parte do corpo que se quer gerar a imagem. Quando o pulso de radiofreqüência é desligado, os prótons de hidrogênio começam a retornar lentamente aos seus alinhamentos naturais dentro do campo magnético e liberam o excesso de energia armazenada. Ao fazer isso, eles emitem um sinal que a bobina recebe e envia para o computador, formando o espectro de RMN. Freqüências das ondas eletromagnéticas.

10. Imagens obtidas por RMN

11. A intensidade do sinal da RMN de um determinado tecido está relacionada com a quantidade de água que estes possuem. Quanto maior for o conteúdo em água, mais forte é o sinal da RMN e melhor a imagem resultante. Os tecidos com lesões têm alteração no conteúdo de água, e normalmente têm mais água que um tecido saudável. Ex: A técnica BOLD (blood oxygen level dependent contrast) baseia-se nas propriedades dia ou paramagnéticas da oxi e desoxiemoglobina, e nas variações em suas concentrações relativas nas áreas onde ocorre aumento do fluxo sanguíneo decorrente da ativação neural.

12. Segurança, pois não usa radiação ionizante, assim sendo um modo não invasivo e não destrutivo; • As imagens produzidas são de alta resolução; • Pode ser utilizada tanto em sólidos quanto líquidos; Vantagens • Rapidez na análise, quase sempre sem a necessidade de produtos químicos.

13. Tem elevado custo; • A pessoa que está sendo examinada deve permanecer totalmente imóvel; • O campo magnético é potencialmente perigoso para grávidas e para pacientes que possuem implantes metálicos em seus organismos, sejam marcapassos ou pinos ósseos de sustentação; Desvantagens • Possui pouca definição na imagem de tecidos ósseos normais. Porém, alterações na densidade de prótons desses ossos, promovido por patologias como câncer seriam prontamente acusados pela RMN.

14. Aplicações O desenvolvimentos da técnica permitiu a aplicação da RMN na determinação das estruturas de macromoléculas biológicas, principalmente de proteínas. A partir da estrutura de uma proteína pode-se entender mecanismos das reações biológicas e, assim, desenvolver novas drogas que bloqueiem ou estimulem processos biológicos. Uma outra aplicação importante da técnica é a análise de proteínas com função desconhecidas. Na agricultura é usada para medir o teor de óleo e umidade em sementes e grãos, umidade em madeira, rações, alimentos e na determinação das estruturas dos defensivos agrícolas. Estrutura da proteína PSD1 obtida em solução por RMN.

15. Referências • http://www.cerebromente.org.br/n13/tecnologia/ressonancia.htm • http://www.medicoassistente.com/modules/smartsection/item.php?itemid=20 • http://pt.wikipedia.org/wiki/Resson%C3%A2ncia_magn%C3%A9tica • http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_rnmconceito.htm • http://cfhr.epm.br/index.php/faq2/913-faq-conceitos/60-bases-da-fisica-da-ressonancia-magnetica • http://www2.uefs.br/depfis/caderno/vol3n1/Ito_OK.pdf. • http://www.cetac.com.br/ressonancia.htm

16. Obrigado pela atenção!!!